電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測中的應用

劉鴻鵬

（國網(wǎng)吉林省電力有限公司永吉縣供電公司，吉林 吉林市 132000）

引言

建設電力物聯(lián)網(wǎng)是國家電網(wǎng)公司重要發(fā)展方向，基于光纖網(wǎng)絡、大數(shù)據(jù)等技術數(shù)據(jù)通信技術具有重要地位，為電網(wǎng)實現(xiàn)高度智能化提供技術支撐。如何利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)獲取電網(wǎng)數(shù)據(jù)，解決電網(wǎng)中存在的問題具有重要意義。某電力公司由于廠站自動化遠動，遙測數(shù)據(jù)無法實時監(jiān)控。由于缺乏足夠配網(wǎng)自動化設備，部分區(qū)域配電網(wǎng)出現(xiàn)停電狀態(tài)。電力服務中斷由客戶反饋到服務人員處，通過調(diào)控中心分析停電信息，搶修人員接受搶修任務進行搶修，客戶對電網(wǎng)公司被動搶修方式投訴率高。

一、電力物聯(lián)網(wǎng)概況

2013 年國務院發(fā)布《關于推進物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導意見》，提出“物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的高度集成和綜合運用，具有滲透性強、帶動作用大、綜合效益好的特點，推進物聯(lián)網(wǎng)的應用和發(fā)展，有利于促進生產(chǎn)生活和社會管理方式向智能化、精細化、網(wǎng)絡化方向轉(zhuǎn)變，對于提高國民經(jīng)濟和社會生活信息化水平，提升社會管理和公共服務水平，帶動相關學科發(fā)展和技術創(chuàng)新能力增強，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展方式轉(zhuǎn)變具有重要意義?！眹译娋W(wǎng)公司在2009 年提出建設“智能電網(wǎng)”，并在2019 年正式提出建設“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”，將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設提升到與智能電網(wǎng)建設同等重要的高度。國家電網(wǎng)定義的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術、先進通信技術，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機交互，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)技術融合云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、三維數(shù)字化建模、虛擬現(xiàn)實等的數(shù)字技術，為實現(xiàn)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、營銷、企業(yè)智能管理等場景智能應用提供支撐。

二、電力物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

配電網(wǎng)是連接傳輸和用戶的關鍵環(huán)節(jié)。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)等戰(zhàn)略部署的發(fā)展，配電網(wǎng)的作用已轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷ツ茉戳鲃?。互?lián)網(wǎng)技術促進了新能源的轉(zhuǎn)變，智能電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)加技術的結(jié)合已成為電氣工程領域的研究熱點。促進電網(wǎng)信息化建設，有效控制電力系統(tǒng)。對電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的需求日益增加。美國能源部發(fā)布了《2030 年電網(wǎng)長期計劃》，建議在基礎層面集成傳感器，實現(xiàn)通信網(wǎng)絡的無縫連接，提高電力系統(tǒng)的安全運行能力。物聯(lián)網(wǎng)通過無處不在的感知提高了系統(tǒng)安全性。當前配電網(wǎng)存在一些問題，如b .配電網(wǎng)測量覆蓋率低、規(guī)模大、標準化程度低。改造配電網(wǎng)、提高配電網(wǎng)信息水平、向用戶提供多樣化服務是一項緊迫任務。物聯(lián)網(wǎng)技術的整體架構(gòu)分為傳感器層和應用層。傳感器層設備包括電網(wǎng)電壓電流互感器等各種端子，使控制決策單元能夠知道電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的運行狀況。網(wǎng)絡層為動力物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務提供通信服務質(zhì)量，靈活適應實際工作條件，包括傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)等。的子菜單。電力線載波和230MHz 無線通信是系統(tǒng)特有的通信模式。信息對電力系統(tǒng)的運行有很大影響。為實現(xiàn)不同協(xié)議設備的互操作性，應針對應用程序級平臺與電源內(nèi)部專用網(wǎng)絡之間的交互設置協(xié)議轉(zhuǎn)換等操作。該平臺承載著電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，解決了傳統(tǒng)發(fā)電方法存在的問題。Platform-to-Platform 完成網(wǎng)絡級別的實時傳輸數(shù)據(jù)收集，并提供跨域共享的數(shù)據(jù)資源。應用層是從電力系統(tǒng)向樞紐類型轉(zhuǎn)變的體現(xiàn)，它基于海量電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，適用于綜合電力系統(tǒng)運行等。用來實現(xiàn)電力系統(tǒng)的感知變化效應。

三、基于電力物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計

（一）輸電網(wǎng)解決方案

電網(wǎng)感知。在物聯(lián)網(wǎng)電網(wǎng)采集的基礎上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術，在發(fā)電、傳輸、轉(zhuǎn)換、分配和使用的每個運營環(huán)節(jié)中獲取海量數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析等技術對海量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)分析。為了實現(xiàn)從發(fā)電到用電的整體狀態(tài)監(jiān)測，電力運營公司全面動態(tài)地掌握電網(wǎng)運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)每個電網(wǎng)運行環(huán)節(jié)的潛在風險，消除故障，從而提高電網(wǎng)運行的智能水平和穩(wěn)定性，可以實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)性能的電網(wǎng)意識：1）全景顯示：基于地理信息，在傳輸、傳輸、改造、配送和使用的每個運行環(huán)節(jié)中以全景方式顯示設備的運行狀況，通過可視化和三維方式實現(xiàn)對電網(wǎng)設備的三維在線監(jiān)測，以提高意識2）風險識別：對收集到的電網(wǎng)大規(guī)模運行數(shù)據(jù)進行深度挖掘和融合，對電網(wǎng)運行狀況進行智能風險評估和風險預警，以幫助運營商提前識別風險、處理事件中的異常以及隨后的風險分析。3）故障排除：實時捕獲各種設備的運行狀態(tài)，快速定位異常故障，并通過跨設備的相關性分析提出故障排除建議，快速解決調(diào)度器故障，快速調(diào)整電源模式，提高電源可靠性和故障排除相關性。

（二）配網(wǎng)搶修指揮服務功能

該平臺通過采集終端報告的電壓、電流等數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)配電區(qū)低壓電網(wǎng)的運行特性進行綜合分析和評價，及時實現(xiàn)配電區(qū)多角度全面精細管理，大大提高了特征分析和輔助決策能力。根據(jù)配電站和用戶不同運行數(shù)據(jù)的變化，準確、及時地預測異常和故障，實現(xiàn)配電網(wǎng)整體運行狀況的實時監(jiān)測，打破以往配電網(wǎng)信息量無法監(jiān)測的現(xiàn)狀，通過數(shù)據(jù)信息處理技術智能地判斷停電區(qū)域，促使配電網(wǎng)應急修復被動服務態(tài)勢逆轉(zhuǎn)，實現(xiàn)主動的nos 修復服務。通信可釋放緊急修復信息，并發(fā)送配電區(qū)的停電信息，以提高維護服務水平，降低投訴率。

（三）配電網(wǎng)運行狀態(tài)在線監(jiān)測與風險評估

目前，配電網(wǎng)決策過程中的信息手段和技術支持還不完善，電力設備壞了就修理的現(xiàn)狀，到檢查時再修理。但是，間歇能量的高比例和新負荷的快速增長要求配電網(wǎng)的供電可靠性和質(zhì)量不斷提高。物聯(lián)網(wǎng)無處不在的電力技術的應用，可以使配電系統(tǒng)實時掌握電力設備的運行狀態(tài)，評估配電網(wǎng)持續(xù)存在的風險，及時消除主要表現(xiàn)為：（1）網(wǎng)上監(jiān)控手段進一步強化。強健的通信系統(tǒng)能夠以不同的方式識別只能用電大小甚至手動判斷的故障類型。例如，基于紅外熱成像技術的配電網(wǎng)設備在線溫度監(jiān)測方法使維修人員能夠及時維護故障設備，有效降低故障率和停電風險。小波包分析技術、Renyi 熵理論和Teager 能量算子從配電網(wǎng)的監(jiān)測大數(shù)據(jù)中生成誤差指標樣本，以訓練神經(jīng)網(wǎng)絡識別供電設備的正常、異常預警和報警狀態(tài)。（2）安全風險評估。對配電網(wǎng)歷史運行數(shù)據(jù)進行聚類分析和挖掘，利用機器學習等人工智能方法對配電網(wǎng)運行狀態(tài)進行實時風險評估，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)漏洞，提高供電可靠性。比如，根據(jù)配電網(wǎng)運行的歷史數(shù)據(jù)，提出了一種基于關聯(lián)規(guī)則的聚類分區(qū)算法，并利用當前數(shù)據(jù)預測運行狀態(tài)，對智能配電網(wǎng)進行全景風險管理和自我修復控制。

（四）泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、配電網(wǎng)兩者的融合

關于物聯(lián)網(wǎng)無處不在的電力網(wǎng)，其融入配電網(wǎng)可以作用于配電系統(tǒng)，支持其電力狀況的徹底轉(zhuǎn)變。這方面的前景可歸納如下。第一，通信系統(tǒng)注重物聯(lián)網(wǎng)無所不在，具有非常強大的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對所有設備操作實際情況的實時感知。然后，憑借其在數(shù)據(jù)挖掘中的獨特能力，它可以快速識別配電系統(tǒng)中隱藏的異常，而無需依賴電體積提取和手動現(xiàn)場檢查，并對配電網(wǎng)本身的運行風險進行非常準確的評估。大致打破了“修得不好”的困境，將面向狀態(tài)的維修提升到了一個新的水平。第二，新世紀以來，中國能源產(chǎn)業(yè)取得了快速發(fā)展。同時，電網(wǎng)與用戶界限的模糊程度穩(wěn)步提高，異構(gòu)能源的水平也穩(wěn)步提高，這在實際應用中表現(xiàn)出了顯著的協(xié)同作用。對于智能銷售網(wǎng)絡來說，提高其自主性和靈活性是現(xiàn)實的。該過程中，我們應支持高精度負載均衡，建立一個基于一系列顯示大數(shù)據(jù)的預測模型，依靠邊緣計算技術的引入，使配電網(wǎng)的運行更加靈活，顯示出更好地適應不穩(wěn)定環(huán)境的能力。多供應商能源分析系列強調(diào)云計算技術的應用，使能源應用更具意義。為降低用戶能耗，確保用戶參與配電網(wǎng)運行的廣度和深度，需要在物聯(lián)網(wǎng)普遍存在的基礎上制定個性化服務，依靠智能算法分析用戶能耗習慣，為能耗建議提供個性化功能。

（五）電力物聯(lián)網(wǎng)智能終端固件安全檢測應用驗證

以漏洞特征庫和固件分析引擎為核心，對智能物聯(lián)網(wǎng)終端固件安全檢測的應用進行了研究，通過自動掃描實現(xiàn)了固件中每個模塊的本地化，并根據(jù)已知的漏洞特征庫對關鍵文件系統(tǒng)和應用程序進行了必要的卸載和安全分析。從而實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)智能終端固件的自動檢測。研究設計配電網(wǎng)智能化狀態(tài)監(jiān)測平臺建設方案，智能化狀態(tài)監(jiān)測平臺建設中，通過配電臺區(qū)數(shù)據(jù)綜合分析判斷，實現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)共享功能。通過同步相量數(shù)據(jù)集中器裝置匯集數(shù)據(jù)。配電網(wǎng)故障區(qū)域快速定位功能形成分支線斷線不接地故障主要特征庫，以頻繁模式對結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)。將待診斷條件與規(guī)則庫規(guī)則條件特征匹配，匹配到規(guī)則庫規(guī)則得到故障診斷結(jié)果。平臺通過采集終端上報配電臺區(qū)電壓等數(shù)據(jù)綜合分析，實現(xiàn)對配電臺區(qū)精細化管理，根據(jù)配電臺區(qū)運行數(shù)據(jù)變化，實現(xiàn)對配網(wǎng)運行實施監(jiān)測。通過數(shù)據(jù)處理技術，提示停電區(qū)域，實現(xiàn)主動搶修服務。發(fā)布搶修信息，提高檢修服務水平。將配電網(wǎng)智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)用于電力公司，驗證平臺的實用性。通過曲線等展示臺區(qū)配電運行工況，臺區(qū)配電負荷，三相不平衡率等，經(jīng)低壓網(wǎng)絡運行參數(shù)平均值分析，對低壓網(wǎng)絡運行異常狀況提示告警，為配電臺區(qū)運維提供數(shù)據(jù)支持，改變以往被動處理配網(wǎng)故障局面。分析臺區(qū)運行工況，準確評估配電的臺區(qū)狀態(tài)，為用電客戶提供優(yōu)質(zhì)電能質(zhì)量。

結(jié)束語

電力物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，加速了電網(wǎng)智能化、管理智能化、服務智能化，先進的技術應用將使電網(wǎng)公司向能源互聯(lián)網(wǎng)和綜合能源服務公司發(fā)展的強大助力。電力物聯(lián)網(wǎng)建設還需考慮終端接入標準化問題、通信網(wǎng)絡覆蓋與可靠性問題、平臺層持續(xù)發(fā)展問題、數(shù)據(jù)處理容量與實時性問題、信息安全防護問題、應用層功能升級靈活性問題。